[发明专利]一种预测蒙皮法兰结构焊缝预置应力焊接的方法

说明书

一种预测蒙皮法兰结构焊缝预置应力焊接的方法，涉及航天器蒙皮法兰结构焊接技术领域；包括如下步骤：步骤(一)、建立法兰和蒙皮的模型；步骤(二)、对步骤(一)中建立的模型进行预变形分析；步骤(三)、焊接热源热分析；步骤(四)、焊接过程应力变形分析；步骤(四)包括：S1：将蒙皮的外侧边和法兰的内侧边均设置为固定约束；S2：在焊缝两侧沿球体径向方向的自由度进行约束；S3：在环形焊缝处施加反向预变形；S3：根据步骤(三)，在蒙皮和法兰模型上进行热源分析；S4：进行残余应力应变分析；本发明有效提高了焊缝焊后的残余应力水品和焊后变形的精度，提高的焊缝的质量，尤其针对大型密封壳体结构中蒙皮与法兰焊缝的焊接具有独特的优势。

技术领域

本发明涉及一种航天器蒙皮法兰结构焊接技术领域，特别是一种预测蒙皮 法兰结构焊缝预置应力焊接的方法。

背景技术

在大型航天器密封舱体结构中，需焊接大量的薄壁蒙皮与法兰的焊缝，该 类结构除对焊缝的性能和密封要求较高外，对结构尺寸精度指标要求也较高， 需满足焊后组合加工和其它部件的安装要求，目前的焊接方法焊接的蒙皮法兰 焊接结构的残余应力和变形问题较为突出。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种预测蒙皮法兰结构 焊缝预置应力焊接的方法，有效提高了焊缝焊后的残余应力水品和焊后变形的 精度，提高的焊缝的质量，尤其针对大型密封壳体结构中蒙皮与法兰焊缝的焊 接具有独特的优势。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种预测蒙皮法兰结构焊缝预置应力焊接的方法，包括如下步骤：

步骤(一)、建立法兰和蒙皮的模型；

法兰和蒙皮的接触处为环形焊缝；将焊缝两侧划分网格；最小网格尺寸为 2mm；网格尺寸从焊缝向两侧逐渐增大；设定热源功率为1080W；热源以 5.6mm/s的速度绕环形焊缝均匀移动；热源为圆形，半径为3.5mm；热对流系 数设置为15；热辐射系数设置为0.9；

步骤(二)、对步骤(一)中建立的模型进行预变形分析；

设定蒙皮的弹性模量E，屈服应力Y，热传导系数λ，比热容C和膨胀系 数α；在环形焊缝处施加预变形载荷；分析得到蒙皮向上位移1.822mm；

步骤(三)、焊接热源热分析

选择热辐射数学模型q＝-A|(T-T_z)⁴-(T₀-T_Z)⁴|；式中，T为热源表面温度； T_z为绝对零度；T₀为环境温度；A为辐射常数；设定热源功率为1080W；热源 以5.6mm/s的速度绕环形焊缝均匀移动；热源为圆形，半径为3.5mm；热对 流系数设置为15；热辐射系数设置为0.9；

步骤(四)、焊接过程应力变形分析

S1：将蒙皮的外侧边和法兰的内侧边均设置为固定约束；

S2：在焊缝两侧大于12mm处的蒙皮和法兰，沿球体径向方向的自由度进 行约束；

S3：将模型中的法兰向上移动1.822mm；

S3：根据步骤(三)，在蒙皮和法兰模型上进行热源分析；

S4：将S1和S2设置的约束去除；进行残余应力应变分析；

分析得到焊接过程应力小于100MPa，残余应变比步骤(二)中的预变形 减小了70％。

在上述的一种预测蒙皮法兰结构焊缝预置应力焊接的方法，所述的步骤 (一)中，